JP2679333B2 - ショットキー障壁接合ゲート型電界効果トランジスタ - Google Patents

ショットキー障壁接合ゲート型電界効果トランジスタ

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はショットキー障壁接合ゲート型電界効果トラ
ンジスタに関し、特に、その寄生抵抗および寄生容量の
低減に関する。
［従来の技術］ ショットキー障壁接合ゲート型電界効果トランジスタ
（以下、MESFETと称する）のうち、特にｎ型のガリウム
・ヒ素（以下、GaAsと記す）結晶層を動作層として用い
たGaAs MESFETは高周波デバイスとして優れた特性を有
し、高周波増幅素子に代表されるものが開発されて商品
化がなされている。
第２図は従来のこの種のGaAs MESFETの要部を示す断
面図である。
第２図において、11は半絶縁性GaAs基板であり、この
上に各結晶層12,35,36,37が順にエピタキシャル成長で
形成されている。12は厚さ0.5μｍのアンドープGaAs
層、35は厚さ530Å、キャリア濃度５×1017cm-3のｎ型G
aAs層、36は厚さ1000Å、キャリア密度３×1016cm-3n型
GaAs層、37は厚さ600Å、キャリア密度１×1018cm-3の
高濃度ｎ型GaAs層である。また、38はゲート電極、39は
ソース電極、40はドレイン電極であり、ゲート電極30は
高濃度ｎ型GaAs層37を堀込んでｎ型GaAs層36上に設けら
れている。
このような構造のGaAs MESFETは、ゲート電極下のｎ
型GaAs層が低キャリア濃度の層36と高キャリア濃度の層
37の２層構造になっているので相互コンダクタンスが大
きく且つゲートバイアス依存性が小さく、更に、ゲート
電極が低キャリア濃度の層36上にあるのでゲート耐圧が
大きく、ゲート電極とｎ型GaAsの間に形成されるショッ
トキー障壁接合の持つ容量が小さいという利点を持って
いる。
また、ゲート電極領域とソースおよびドレイン電極領
域の間の領域のGaAs層には高濃度ｎ型GaAs層37が設けら
れており、寄生抵抗の低減が図られている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来のGaAs MESFETでは、オ
ーミック電極であるソース電極39,ドレイン電極40が動
作層であるｎ型GaAs層35に直接つながっておらずに低濃
度のｎ型GaAs36層を介しているため、寄生抵抗の低減が
充分でないという問題があった。また、ゲート電極38が
高濃度ｎ型GaAs層37に近接しているため、寄生容量が大
きいという問題があった。
また、ゲート電極38を設けるのに高濃度GaAs層37を堀
込む工程が必要となるため、この工程での作業バラツキ
により、MESFETの特性が安定しないという問題点もあっ
た。
［課題を解決するための手段］ 本発明のショットキー障壁接合ゲート型電界効果トラ
ンジスタ（MESFET）は、半絶縁性ガリウム・ヒ素基板上
にアンドーブのガリウム・ヒ素結晶層を含めて形成され
たバッファ層と、バッファ層上に形成された第１キャリ
ア濃度の第1n型ガリウム・ヒ素結晶層と、第1n型ガリウ
ム・ヒ素結晶上に形成された第１キャリア濃度より低い
第２キャリア濃度の第2n型ガリウム・ヒ素結晶層と、第
2n型ガリウム・ヒ素結晶層上にショットキー障壁金属を
用いて設けられたゲート電極と、ゲート電極の両側に設
けられた一対のオーミック電極とを有するショットキー
障壁接合ゲート型電界効果トランジスタであって、一対
のオーミック電極下に第１キャリア濃度より高い第３キ
ャリア濃度の第3n型ガリウム・ヒ素結晶層を設け、第3n
型ガリウム・ヒ素結晶層と第1n型ガリウム・ヒ素結晶層
および第2n型ガリウム・ヒ素結晶層との間に、キャリア
濃度が第１キャリア濃度以上で且つ層厚が第1n型ガリウ
ム・ヒ素結晶層と第2n型ガリウム・ヒ素結晶層との和に
等しい第4n型ガリウム・ヒ素結晶層を設けたことを特徴
とする。
［実施例］ 次に本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例に係るGaAsMESFETの断面図
である。第１図において、11は半絶縁性GaAs基板、12は
厚さ１μｍのアンドープGaAs結晶層、13は厚さ2000Åの
アンドープAlGaAs結晶層、14は厚さ500ÅのアンドーブG
aAs結晶層であり、これら結晶層12〜14がバッファ層を
形成している。結晶層15は厚さ730Å、キャリア濃度３
×1017cm-3のｎ型GaAs結晶層であり、結晶層14上に形成
されている。結晶層16は厚さ600Å、キャリア濃度５×1
016cm-3のｎ型GaAs結晶層であり、結晶層15上に形成さ
れている。
尚、結晶層12〜16はMBE法あるいはMOVPE法により順次
エピタキシャル成長された結晶層である。
結晶層17は元々結晶層15および16として形成された層
の一部から形成され、結晶層17の層厚は結晶層15と16と
の和に等しくなっている。すなわち、結晶層17の上層部
分は、ｎ型GaAs結晶層16として形成された層の一部にシ
リコンを、加速エネルギー50keVで２×1012個/cm2イオ
ン注入した後、電気的に活性化して形成したＮ型GaAs結
晶層であり、その平均的キャリア濃度は結晶層17の下層
部分を成すｎ型GaAs結晶層15と同等となっている。結晶
層18は、元々GaAs結晶層14,15,16として形成された層の
一部に、シリコンを加速エネルギー100kevで２×1013個
/cm2イオン注入した後、活性化して形成した高濃度ｎ型
GaAs結晶層であり、その平均的キャリア濃度は１×1018
cm-3である。
また、結晶層16上に設けられた電極19はｎ型GaAs結晶
層16とショットキー障壁と成す金属（例えば、タングス
テンシリサイド）で形成されている。電極19上の電極20
はゲート抵抗を小さくするための低抵抗金属（例えばチ
タン，白金，金の積構造の金属）で形成されており、こ
れら電極19と20でゲート長0.3μｍのゲート電極が構成
されている。ゲート電極の両側の高濃度ｎ型GaAs結晶層
18上に設けられた電極21,22は高濃度ｎ型GaAs結晶層18
とオーミック接合を形成する金属（例えば金とゲルマニ
ウムの合金とニッケルをアロイしたもの）で形成されて
おり、電極21がソース電極、電極22がドレイン電極であ
る。
すなわち、本実施例のGaAsMESFETは、半絶縁性GaAs基
板11上にアンドープGaAs結晶層を含めて構成したバッフ
ァ層12〜14を形成し、このバッファ層上に中程度のキャ
リア濃度（３×1017cm-3）のｎ型GaAs結晶層15を形成
し、このｎ型GaAs結晶層15上に低いキャリア濃度（５×
1016cm-3）のｎ型GaAs結晶層16を形成し、このｎ型GaAs
結晶層16上にショットキー障壁金属を用いてゲート電極
19を設け、ゲート電極両側に一対のオーミック電極21,2
2を設け、オーミック電極21,22下に高いキャリア濃度
（１×1018cm-3）のｎ型GaAs結晶層18を形成し、ｎ型Ga
As結晶層18とｎ型GaAs結晶層15およびｎ型GaAs結晶層16
との間に、キャリア濃度がｎ型GaAs結晶層15と等しく且
つ層厚がｎ型GaAs結晶層15とｎ型GaAs結晶層16との和に
等しいｎ型GaAs結晶層17を形成した構造となっている。
このような構造のGaAs MESFETは、オーミック電極21,
22が高濃度ｎ型GaAs結晶層18を介して動作層15とつなが
っており、また、ゲート電極領域と高濃度ｎ型GaAs結晶
層18の間の領域のGaAs結晶層17もキャリア濃度が高めら
れているため寄生抵抗が低減され、ソース抵抗として0.
7Ω・mmが得られた。また、ゲート電極19がキャリア濃
度が５×1016cm-3と低濃度のGaAs結晶層16上にあるた
め、ゲート・ドレイン間耐圧が19Vと大きく、第２図に
示した従来例のように高濃度ｎ型GaAs結晶層がゲート電
極に近接していないので寄生容量が低減された。
尚、本実施例ではドレイン側の高濃度Ｎ型GaAs結晶層
18とゲート電極19との間隔t1（0.6μｍ）を、ソース側
の高濃度ｎ型GaAs結晶層18とゲート電極19との間隔t2
（0.3μｍ）より大きくしており、ゲート・ドレイン間
耐圧の向上、寄生容量の低減に寄与させている。本構造
のパワーFETとしての特性は、ゲート幅840μｍ測定周波
数18GH8で1dB圧縮点出力24.8dBm、線形利得8.4dBが得ら
れた。また、本構造ではゲート電極下と他の領域のGaAs
結晶層の結晶学的厚さが等しく、ゲート電極下の領域の
GaAs結晶層を堀込む必要がないので、工程上のバラツキ
要因が少なくなり、歩留まりも向上した。
尚、本実施例ではバッファ層としてオンドープGaAs結
晶層12とアンドープAlGaAs結晶層13とアンドープGaAs結
晶層14の三層構造の層を用いた。これは、アンドープAl
GaAs結晶層により、基板側を流れる電流を抑え相互コン
ダクタンスの下づまりを小さくしたものである。同様の
効果はアンドープAlGaAs結晶層に限らず、Ｐ型GaAs結晶
層あるいは、Ｐ型AlGaAs結晶層、あるいはGaAs層とAlGa
As層を用いた超格子層を用いても得られる。
但し、製造上これらの結晶層を用いることができない
場合は、バッファ層をアンドーブGaAs結晶層のみで形成
してもよい。
また、本発明はゲート電極領域と高濃度ｎ型GaAs結晶
層18の間の領域のGaAs結晶層17のキャリア濃度をｎ型Ga
As結晶層15のキャリア濃度より大きく且つ高濃度ｎ型Ga
As結晶層18のキャリア濃度より小さくしてもよい。例え
ば、上記実施例の条件下で、GaAs結晶層17のキャリア濃
度を６×1017cm-3にした場合、上記の実施例より寄生抵
抗が低減され、ソース抵抗として0.6Ω・mmが得られ
た。尚、この構造は上記の実施例において、結晶層17を
形成するために実施したイオン注入を、例えば加速エネ
ルギー80keVと加速エネルギー50keVとして元々は結晶層
16,15として形成された部分に二重注入とすることによ
り得られる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のGaAs MESFETは、ゲー
ト電極を低濃度のｎ型GaAs結晶層上に形成し、また、ソ
ースおよびドレイン電極を、低濃度のｎ型GaAs結晶層を
介さずに、高濃度ｎ型GaAs結晶層を介して動作層である
ｎ型GaAs結晶層と電気的に接続し、また、ゲート電極領
域と高濃度ｎ型GaAs結晶層の間の領域のGaAs結晶層も低
抵抗化されているため、寄生抵抗が小さく、また、高濃
度ｎ型GaAs結晶層がゲート電極に近接していないので寄
生容量が小さいという効果を有する。また、ゲート電極
下の領域の結晶層を堀込む必要がなくなるため、工程上
のバラツキを防止して、歩留まり良く特性の安定したGa
As MESFETを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係るGaAs MESFETの断面
図、第２図は従来例に係るGaAs MESFETの断面図であ
る。 11……半絶縁性GaAs基板、 12……アンドープGaAs結晶層、 13……アンドープAlGaAs層、 14……アンドープGaAs層、 15……キャリア濃度が中程度のｎ型GaAs結晶層、 16……キャリア濃度が低いｎ型GaAs結晶層、 17……ｎ型GaAs結晶層、 18……キャリア濃度が高いｎ型GaAs結晶層、 19,20……ゲート電極、 21……ソース電極、 22……ドレイン電極。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半絶縁性ガリウム・ヒ素基板上にアンドー
    プのガリウム・ヒ素結晶層を含めて形成されたバッファ
    層と、バッファ層上に形成された第１キャリア濃度の第
    1n型ガリウム・ヒ素結晶層と、第1n型ガリウム・ヒ素結
    晶上に形成された第１キャリア濃度より低い第２キャリ
    ア濃度の第2n型ガリウム・ヒ素結晶層と、第2n型ガリウ
    ム・ヒ素結晶層上にショットキー障壁金属を用いて設け
    られたゲート電極と、ゲート電極の両側に設けられた一
    対のオーミック電極とを有するショットキー障壁接合ゲ
    ート型電界効果トランジスタであって、一対のオーミッ
    ク電極下に第１キャリア濃度より高い第３キャリア濃度
    の第3n型ガリウム・ヒ素結晶層を設け、第3n型ガリウム
    ・ヒ素結晶層と第1n型ガリウム・ヒ素結晶層および第2n
    型ガリウム・ヒ素結晶層との間に、キャリア濃度が第１
    キャリア濃度以上で且つ層厚が第1n型ガリウム・ヒ素結
    晶層と第2n型ガリウム・ヒ素結晶層との和に等しい第4n
    型ガリウム・ヒ素結晶層を設けたことを特徴とするショ
    ットキー障壁接合ゲート型電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項２】前記第4n型ガリウム・ヒ素結晶層のキャリ
    ア濃度が第１キャリア濃度と略同一である特許請求の範
    囲第１項記載のショットキー障壁接合ゲート型電界効果
    トランジスタ。
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